液壓啟閉機計算說明書NEW

1#泄洪排沙洞液壓啟閉機液壓系統(tǒng)設備設計、計算說明書1、設備技術參數(shù)及技術要求額定啟門力：Fl=4500KN額定閉門力：F2=1200KN啟門速度：V1±0.6m/min油缸內徑：D=680mm 活塞桿直徑：d=380mm油缸工作行程：L=11100mm 油缸最大行程：L0=11500mm2、油缸控制回路設計、計算說明主機控制回路壓力、流量的計算：油缸有桿腔面積S1=nX(D2-d2)/4=0.25dm2油缸無桿腔面積S2=nXD2/4=0.363dm2油缸無桿腔與有桿腔面積比入=S2/S1=1.45油缸啟門油壓P1=F1/S1=4.5/(0.25X10-2)=18MPa油缸閉門油壓P2=F2/S2=1.2/(36.3X10-2)=3.3MPa油缸啟門時有桿腔流量Q1=6X0.25=150L/min油缸啟門時無桿腔流量Q1‘=1.45X150=217.5L/min油缸提升時有桿腔流量Q1=7.4X34.34=254L/min油缸下降時無桿腔流量Q1‘=1.46X254=370.8L/min油缸閉門時無桿腔流量Q2=5X50.24=251L/min2.5控制組件的設置壓力繼電器SP2 用于主機啟門超壓保護，當系統(tǒng)啟門壓力超過額定啟門工作壓力時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警。

壓力繼電器SP3壓力繼電器SP3用于主機有桿腔失壓保護，當閘門啟門過程中，因管路破裂等原因而引起的系統(tǒng)壓力下降時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警停機。壓力繼電器SP4 用于主機閉門超壓保護，當系統(tǒng)閉門壓力超過額定閉門工作壓力時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警。壓力繼電器SP5 用于副機提升超壓保護，當系統(tǒng)啟門壓力超過額定工作壓力時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警。壓力繼電器SP6 用于副機提升失壓保護，當油缸提升過程中，因管路破裂而引起的系統(tǒng)壓力下降時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警停機。壓力繼電器SP7 副機下降超壓保護，當油缸下降壓力超過額定工作壓力時，壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，主控報警。壓力繼電器SP8 用于蓄能器超壓上限控制，當充液壓力超過16MPa時,壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，充液泵停機。壓力繼電器SP9 用于蓄能器低壓下限控制，當充液壓力低于10MPa時,壓力繼電器向主控系統(tǒng)發(fā)出信號，充液泵啟動。閘門開度檢測裝置BQ1-BQ2 主機、副機油缸各設置一套閘門開度檢測裝置。行程開關SK1、SK2、SK3、SK4、SK5 用于分別發(fā)出主機、副機油缸位置信號，使主控對液壓系統(tǒng)進行控制。2.6動作原理簡述啟動油泵電機組前YV1先得電，隨后空載啟動液壓泵站油泵電機組M1、M2,電機啟動后延時4秒，YV1斷電系統(tǒng)升壓。啟門操作時，YV3、YV5帶電，系統(tǒng)壓力油經機旁閥組插裝閥至油缸有桿腔，液壓啟閉機啟門。啟門過程中由閘門開度檢測裝置和閘門位置檢測裝置發(fā)出的閘門位置信號送到本現(xiàn)地控制站的PLC中，由PLC處理這些信號實現(xiàn)閘門任意開度或開終的控制。啟門壓力由溢流插裝閥先導壓力閥（件52.1）調定。啟動油泵電機組前YV1先得電，隨后空載啟動液壓泵站油泵電機組M1、M2，電機啟動后延時4秒，YV1斷電系統(tǒng)升壓。閉門操作時，YV2、YV4帶電，當閉門壓力達到平衡閥控制壓力，平衡閥打開，油缸下腔油液經平衡閥、機旁閥組溢流回油箱，液壓啟閉機運行閉門動作。閉門過程中由閘門開度檢測裝置和閘門位置檢測裝置發(fā)出的閘門位置信號送到本現(xiàn)地控制站的PLC中，由PLC處理這些信號實現(xiàn)閘門任意關度或關終的控制，閉門壓力由溢流插裝閥的先導壓力閥調定，閉門時，由于可能有液動力的作用，會使上腔所承受負載忽大忽小，為保護油缸有桿腔所承受載荷在其工作范圍內，弧門下降到底坎時YV4斷電，YV2延時2秒斷電，使壓力油完全釋放。2.7重點問題分析關于采用壓力式平衡閥方式進行油缸動作控制分析啟閉機油缸控制回路主要壓力、方向組件采用了插裝閥結構。其中啟閉機油缸下腔采用了BERINGER公司生產的CINDY20型平衡閥來實現(xiàn)啟閉機油缸的定位及平穩(wěn)啟閉門。由于閘門在閉門過程中，會受高水頭水流沖力作用，受力較大，且無規(guī)律。所以油缸活塞桿承受的拉力在閉門過程中也處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)。為此液壓控制回路如何適應該負載，在閘門啟、閉全過程中始終保持平穩(wěn)動作是液壓系統(tǒng)控制原理設計的關鍵。2.7.1.1當閘門由全開位閉門時，YV2、YV4同時得電，此時油缸上腔開始升壓，隨著壓力上升，平衡閥的開口逐漸加大，油缸開始下落。當壓力上升至某一值時,平衡閥的開口正好滿足油缸以上腔給定流量下的動態(tài)平衡速度下降，平衡閥保持該開口，油缸勻速下降閉門。閘門由全開至全閉過程中，隨著閘門開度的減小，油缸負載值亦隨著變化。此時上一次油缸的動平衡被打破，平衡閥在先導壓力作用下隨時調整開口，實現(xiàn)又一次動態(tài)平衡、油缸仍以上腔給定流量下的速度勻速下降。在此過程中，因為平衡閥的選型在通過172l/min流量（閉門時通過平衡閥的流量）時其AP值為0.7MPa?而閘門實際作用在平衡閥上的AP值遠遠大于該值，所以油缸上腔壓力（即平衡閥先導壓力）小于平衡閥全開口壓力2.8MPa。因水動力作用，油缸活塞桿上作用的負載力會發(fā)生振蕩，同時負載力開始變向。根據(jù)該閥的結構特點來看其階躍響應特性在200ms左右、頻響特性在5HZ左右。所以閘門因水動力作用而發(fā)生的振蕩頻率小于5HZ時，閘門是可以依靠平衡閥開口的瞬時調節(jié)，實現(xiàn)油缸全開位至全關位全過程的動態(tài)力平衡，保持油缸的勻速下降。同理，當油缸活塞桿負載變向后，閘門是可以依靠平衡閥開口的調節(jié)保持油缸的勻速下降。若在此階段閘門作用在油缸上的負載振蕩頻率較高時（5HZ以上），平衡閥將無法響應其負載變化，從而造成油缸的振蕩和串動。由于下腔有0.5MPa的背壓。經過平衡閥調整，油缸保持一個動平衡下降。2.7.1.2啟閉機油缸由全開至全閉過程中，油缸上腔最高壓力為3.3Mpa,即使閘門閉至底坎，油缸上腔壓力仍不高于3.3Mpa。此時，油缸活塞桿受壓力值低于油缸活塞桿的要求。所以即使閘門閉至底坎后油缸仍以3.3Mpa上腔壓力施壓的情況下，對油缸和閘門沒有損害。平衡閥（件23）在液壓系統(tǒng)中也可用于防止管路破裂后液壓缸的失速下落。在閉門動作中，平衡閥的開口量會隨著外負載的變化而變化，保證油缸按設定速度平穩(wěn)關閉。在啟門動作中，如果機旁閥組到缸旁閥組油缸有桿腔管路破裂，平衡閥會立即關啟，油缸停止動作。2.7.3油缸啟門和閉門時每套油缸設置的閘門開度檢測裝置均向PLC發(fā)出閘門的位置信號，PLC采集并處理這些信號，以供主控室控制系統(tǒng)。3液壓泵站設計計算說明3.1計算：3.1.1系統(tǒng)額定工作壓力、最大工作流量，電機功率的計算系統(tǒng)額定工作壓力：P=nP](1+AP)式中 n—安全系數(shù)，取1.2AP—系統(tǒng)中的總壓力損失，本系統(tǒng)取主、副機最高額定工作壓力的5%P1——主副機中額定最高工作壓力P=1.2X18(1+0.05)=23MPa3.1.2液壓泵站流量計算：根據(jù)招標文件的要求，本液壓系統(tǒng)泵站要求設置2臺主油泵，互為備用。油泵最大工作流量Q=KQ1/2式中K—系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取1.1Q1—主副機所需最大工作流量。Q=1.1X150=165L/min3.1.3主油泵電機功率計算：電機功率N=P?Q/(612n)式中n油泵、電機機械效率，取0.85N=200X140/(612X0.85)=53.8KW根據(jù)以上計算可以選定電機型號為Y250M-4-B35功率：55KW轉速：1480rpm3.1.4油箱容積的計算：油箱的容積應滿足液壓啟閉機的油缸正常工作和維修的工況油箱容積V=1.25（V1+V2+V3）式中：V1取泵流量的4倍，V1=4Q=1120LV2取主機油缸檢修時的最大排油量V2=S2?L0=4418LV3取副機油缸正常工作時吐油量與吸油量之差。V3=（S2-S1）L=477L，所以，液壓泵站油箱容積為V=7519L油箱容積取為V=7.5M33.1.5液壓系統(tǒng)熱平衡的說明液壓系統(tǒng)的發(fā)熱源由液壓泵的機械損耗、液壓系統(tǒng)的高壓溢流、液壓系統(tǒng)管路的壓力損失產生。因為液壓泵選用的手動變量柱塞泵，其機械效率較高，泵輸出的流量幾乎全部用來提供油缸的工作，系統(tǒng)高壓溢流較少。經計算啟閉機在一個動作（啟或閉）過程中系統(tǒng)發(fā)熱量造成的油箱油溫升僅3°C,所以液壓系統(tǒng)泵站可不設置冷卻裝置。3.2控制組件的設置加熱器EH 用于加熱油箱油液溫度，其開關由溫度繼電器經主控控制。壓力繼電器SP1 用于系統(tǒng)超壓保護，當系統(tǒng)壓力高于系統(tǒng)最大工作壓力時，壓力繼電器SP1發(fā)訊，向主控系統(tǒng)報警?；赜瓦^濾油器的壓差發(fā)訊器SF1 當回油濾油器進出口壓差大于0.2MPa時，壓差發(fā)訊器報警。表示回油過濾油器堵塞，需要更換濾芯。液位繼電器SL1-SL3 實現(xiàn)對油箱高液位報警、低液位發(fā)訊，極低液位停機的控制。溫度繼電器WJ1-WJ2----輸出開關量信號，實現(xiàn)加熱器開（低于15°C）、加熱器停（高于30C）、高油溫（高于60C）報警的控制。3.3動作原理簡介：二臺手動變量柱塞泵同時工作，一臺備用，啟動油泵電機組前電磁鐵YV1先帶電，隨后空載啟動油泵電機組Ml、M2,延時4秒后，YV1斷電，系統(tǒng)升壓。系統(tǒng)的流量由手動變量柱塞泵調定。系統(tǒng)壓力由溢流插裝閥的先導閥（件15）調定，系統(tǒng)回油經過回油濾油器（件3）回油箱。3.4重點問題分析在閘門的任意開度上，因泄漏而使閘門（油缸）下滑量大于200mm時，電控系統(tǒng)發(fā)出聲、光信號，并自動啟動液壓泵站將閘門重新開啟至設定高度。4、高位油箱補油回路的設計計算說明容積的計算：高位油箱的容積至少應保證油缸因泄漏下滑300mm時無桿腔油液的補充，以免造成無桿腔的吸空。主副機油缸下滑300mm時，油缸上腔補油量AV=3XS=150L考慮安全系數(shù)，取高位油箱總容積V=4XAV=600L高位油箱補油的動作說明：當高位油箱中的油液位置到達液位繼電器的下極限點時，液位繼電器發(fā)訊，補油電機啟動，向高位油箱補油。液位繼電器設置了兩個高位發(fā)訊點，當補油油位達液位繼電器的上位時，液位繼電器發(fā)訊，補油電機停止，高位油箱停止補油。當?shù)竭_上極限位時，繼電器發(fā)訊，報警，停機。為防止繼電器損壞后，油液溢流，補油泵啟動后延時5分鐘需自動停止，并報警，同時顯示補油系統(tǒng)故障信號。4.3高位油箱控制組件的設置：液位繼電器(SL4-SL9監(jiān)測高位油箱液位)——液位繼電器向主控室發(fā)送上極限位、高、低液位三路開關信號，供主控室監(jiān)測高位油箱液位變化，啟動或關閉補油泵。5液壓系統(tǒng)管路管徑的設計計算5.1油缸A口(接油缸有桿腔)、B口(接油缸無桿腔)油缸管徑的計算油缸管路通過的最大流量為油缸啟門時無桿腔的排油流量(油缸B口)，根據(jù)SL41標準取回油流速為V=2.5m/s油缸B腔油管的內徑d1=4.63XV370/2.5=55mm油缸A腔油管的內徑d2=4.63XV172/2.5=38.4mm油缸B、A口油管的壁厚61(62)2 (PgXd)/[2X(。)]式中Pg油管最大工作壓力，取31.5Mpa(o)=ob/n不銹鋼的。b=550N/mm2n---安全系數(shù)n=461231.5X55/(2X550/4)=6.3mm62231.5X38.4/(2X550/4)=4.4mm按照不銹鋼無縫鋼管規(guī)格(GB2270-807)并考慮主副機油缸回程時需要一定的背壓，以保證油缸的運行平穩(wěn)。取油缸，A、B口油管分別為外徑X壁厚為①50X5、①63X65.2液壓系統(tǒng)壓力管路的計算：系統(tǒng)壓力主管路的流量為兩臺泵同時啟動時的流量，根據(jù)SL41標準取壓力油流速度為V=4.2m/s壓力主管路的管徑d224.6^/(2X140)/4.2 =37.8mm系統(tǒng)壓力管路的壁厚：632(Pg.d2)/(2X(ob))=31.5X37.8/(2X550/4)=4.33mm按照不銹鋼無縫鋼管規(guī)格(GB2270-807)取系統(tǒng)壓力主管路外徑X壁厚為①50X55.3液壓系統(tǒng)回油管路的計算:回油管路的最大流量為系統(tǒng)啟門時油缸無桿腔通過的流量，所以系統(tǒng)回油管路的內徑與油缸B口管路的內徑相同，選定回油管路外徑X壁厚為①63X46液壓組件選型及其主要性能6.1泵站6.1.1主油泵：根據(jù)招標文件的技術要求，泵站選用了PARKER公司生產的三臺手動變量柱塞泵，PARKER公司的泵產品在國內外有較廣泛的應用，我們在設計過程中對該公司產品的各項技術招標對照招標文件和液壓系統(tǒng)原理進行了充分的分析，認為該公司以上產品與國外同類產品相比較性能高、綜合經濟、技術性能好，在國內有較好的應用業(yè)績，完全可以滿足液壓系統(tǒng)的使用要求。6.1.2輔件：泵站中其它組件的選擇我們本著選用國外先進、可靠的組件及附件、選用符合DIN等國際標準和先進的設計結構及規(guī)范的組件及附件，生產廠家盡可能集中。6.1.2.1吸油濾油器選用了溫州黎明公司箱外置式產品，帶堵塞發(fā)訊器。6.1.2.2回油濾油器選用了HYDAC公司產品，帶旁通閥和帶有堵塞發(fā)訊指示功能的壓差發(fā)訊器。6.1.2.3翻板式液位繼電器選用了KUEBLER公司產品。該產品輸出三路開關量信號，給主控室對液壓泵站液位進行控制。6.1.2.4泵站主要閥件選用了PARKER公司產品。6.1.2.5所有壓力表、測壓接頭、測壓軟管選用了STAUFF公司產品。6.2液壓控制回路：6.2.1主要閥件均選用了PARKER公司產品。所有插裝閥先導電磁換向閥均選用24V直流濕式電磁鐵。6.2.2所有壓力繼電器選用了HYDROPA公司彈簧式壓力繼電器，具有較高的可靠性。所有壓力表及壓力表接頭、軟管選用了STAUFF公司產品。7液壓系統(tǒng)安裝，調試重點說明液壓泵站液壓泵站我方設計為油箱，泵電機組分體式結構